熟料破碎机工作装置结构设计论文.doc

仅供参考，支持原创，鄙视抄袭！毕 业 设 计设计题目：熟料破碎机工作装置结构设计 机 电 工 程 系 系 别：_ 班 级：_姓 名：_指 导 教 师：_0000年6月8 日仅供参考，支持原创，鄙视抄袭！熟料破碎机工作装置结构设计摘 要熟料破碎机适用于矿山、水泥、煤炭、冶金、建材、公路、燃化等部门，对中等硬度及脆性物料进行破碎，熟料破碎机可根据用户要求是否加上蓖条和调整蓖条间隙，改变出料粒度，以满足不同用户的不同需求。本设计内容为锤式熟料破碎机的工作装置。其工作原理：电动机带动转子在破碎腔内高速旋转，物料受高速运动的锤头的打击、冲击、剪切、研磨作用而破碎。为使破碎效果更为理想，破碎物料被锤头击中高速运动时撞击到衬板，破碎的物料被二次破碎。 本文在遵循机械设计的基本原则和基本方法的基础上进行熟料破碎机零部件的相关设计，利用pro/engineering完成零件造型和部件装配，最后利用ansys软件进行有限元分析，达到对设备的优化设计。关键词：熟料破碎机 转子 锤头 衬板 ansys 有限元structure design of clinker crushers working device abstractclinker crusher apply to the mining, cement, coal, metallurgy, building materials, roads, fuel sectors such as the middle of the hardness and brittleness grinding materials clinker crusher can be added based on user requirements and the adjustment of the bi bi of the gap, to change the size expected to meet the different needs of different users.the design content of clinker crusher hammer device work. its working principle: motor driven cavity broken rotor in high-speed rotation, high-speed movement of material by the hammer blow, impact, shear, grinding and crushing effect. in order to effect better broken, broken materials were high-speed movement when the hammer hit the impact to the lining, the material was broken secondary break up.this article is based on the basic principles and fundamental methods of the mechanical design to do the correlative design for the components of the clinker crusher, makes use of pro/engineering to model parts and make components for assembly, and finally takes full advantage of the ansys software for finite element analysis, in order to achieve theoptimal design of mechanical equipment.key words: clinker crusher； rotor； hammer；scaleboard ；ansys；finite element仅供参考，支持原创，鄙视抄袭！目 录1 引言12 破碎机22.1破碎机的定义和应用范围22.2破碎机的分类及功能22.2.1破碎机种类22.2.2各种破碎机的功能22.3破碎理论43.熟料破碎机83.1熟料破碎机的功能83.2熟料破碎机的组成和原理83.3熟料破碎机的优点83.4破碎过程分析94 基本结构尺寸的确定114.1熟料破碎机的总体设计114.1.1选择电动机114.1.2确定传动方案124.2转子转速的理论值134.3设计破碎转子的直径与长度144.4料口尺寸的设计145 熟料破碎机工作部分零件设计155.1破碎锤头的设计155.1.1锤头作用和常用形式155.1.2破碎锤头的确定155.1.3锤头失效分析175.1.4锤头材料的选择185.2衬板的设计195.3壳体206 其它零件的选用及其基本结构尺寸的确定236.1主轴组成236.2皮带轮236.3轴承的设计选择246.4长 键246.5锤架和锤盘246.6轴承盖和轴承座256.7空气密封圈257 三维造型277.1 pro/e技术的发展277.1.1 pro/e软件应用277.1.2 pro/e行业优势和发展277.2模型的建立方法297.2.1零件模型的建立297.2.2装配模型的建立297.3壳体零件模型的建立297.3.1下壳体模型的建立297.3.2上壳体模型的建立307.3.3其他元件模型的建立318基于ansys的锤头在冲击力作用下的静力分析328.1 ansys综述328.1.1有限元的特点和用途328.1.2 ansys发展概况338.2 静力分析338.2.1创建锤头有限元模型348.2.2在求解器中求解358.2.3进入post1普通后处理器查看结果368.2.4结果讨论449结论45谢辞46参考文献47外文资料48仅供参考，支持原创，鄙视抄袭！毕 业 设 计1 引言破碎机械是应用机械力对固体物料进行破碎作业，使之变为小块 、细粉或粉末的机械。破碎是矿物加工过程的首要工序，也是决定所生产产品质量的关键工序，矿物只有被解离到一定要求的粒度后其有用成分才能被充分利用。因此设备的破碎粒度大小就成了评价一台破碎机性能优劣的重要指标。而破碎机械也是破碎机械和破磨机械的总称。两者通常安排料粒度的大小作大致的区分：排料中粒度大于3毫米的含量占总排料量50%以上者称为破碎机械；小于3毫米的含量占总排料量50%以上者则称为粉磨机械。有时也将粉磨机械称为破碎机械，这是破碎机械的狭义含意。 利用破碎机械进行破碎作业的特点是：能量消耗大、耐磨材料和研磨介质的用量多，破尘严重和噪声大等。本设计中我们在继承熟料破碎机已有优点的基础上，经过进一步的开发，欲实现新机型具有低耗能、低振动和低噪声等功能，提高了破碎效率和产品的合格率，并且结构简单，占地面积小。可广泛应用于建材、化工、冶金、电力、煤炭、矿山等行业，对节能降耗和环境保护具有重要价值。而熟料破碎机的工作装置部分又是熟料破碎机的重要组成部分，与其生产能力有密切关系。从这一角度来看，这一研究具有较大的现实意义和开发价值。 2 破碎机2.1破碎机的定义和应用范围破碎机是指排料中粒度大于三毫米的含量占总排料量50以上的破碎机械。破碎作业常按给料和排料粒度的大小分为粗碎、中碎和细碎。破碎机广泛运用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化学工业等众多行业的破碎作业。 2.2破碎机的分类及功能2.2.1破碎机种类 常用的破碎机械有颚式破碎机、反击式破碎机、旋回破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎机、锤式破碎机和立轴冲击式破碎机等几种。2.2.2各种破碎机的功能（1）颚式破碎机 是利用两颚板对物料的挤压和弯曲作用 ，粗碎或中碎各种硬度物料的破碎机械。其破碎机构由固定颚板和可动颚板组成，当两颚板靠近时物料即被破碎，当两颚板离开时小于排料口的料块由底部排出。它的破碎动作是间歇进行的。这种破碎机因有结构简单、工作可靠和能破碎坚硬物料等优点而被广泛应用于选矿、建筑材料、硅酸盐和陶瓷等工业部门。 到二十世纪80年代，每小时破碎800吨物料的大型颚式破碎机的给料粒度已达1800毫米左右。常用的颚式破碎机有双肘板的和单肘板的两种。前者在工作时动颚只作简单的圆弧摆动，故又称简单摆动颚式破碎机；后者在作圆弧摆动的同时还作上下运动，故又称复杂摆动颚式破碎机。另外，为满足不同排料粒度的要求和补偿颚板的磨损，还增设了排料口调整装置，通常是在肘板座与后机架之间加放调整垫片或楔铁。但为了避免因更换断损零件而影响生产，也可采用液压装置来实现保险和调整。有的颚式破碎机还直接采用液压传动来驱动颚板，以完成物料的破碎动作。这两类采用液压传动装置的颚式破碎机，常统称为液压颚式破碎机。（2）反击式破碎机 是利用板锤的高速冲击和反击板的回弹作用，使物料受到反复冲击而破碎的机械。板锤固装在高速旋转的转子上，并沿着破碎腔按不同角度布置若干块反击板。 物料进入板锤的作用区时先受到板锤的第一次冲击而初次破碎，并同时获得动能，高速冲向反击板。物料与反击板碰撞再次破碎后，被弹回到板锤的作用区，重新受到板锤的冲击。如此反复进行，直到被破碎成所需的粒度而排出机外。与锤式破碎机相比，反击式破碎机的破碎比更大，并能更充分地利用整个转子的高速冲击能量。但由于板锤极易磨损，它在硬物料破碎的应用上也受到限制，通常用来粗碎、中碎或细碎石灰石、煤、电石、石英、白云石、硫化铁矿石、石膏和化工原料等中硬以下的脆性物料。（3）旋回式破碎机 是利用破碎锥在壳体内锥腔中的旋回运动，对物料产生挤压、劈裂和弯曲作用，粗碎各种硬度的矿石或岩石的大型破碎机械。装有破碎锥的主轴的上端支承在横粱中部的衬套内，其下端则置于轴套的偏心孔中。轴套转动时，破碎锥绕机器中心线作偏心旋回运动它的破碎动作是连续进行的，故工作效率高于颚式破碎机 。到70年代初期，大型旋回破碎机每小时已能处理物料5000吨，最大给料直径可达2000毫米。 旋回破碎机用两种方式实现排料口的调整和过载保险：一是采用机械方式，其主轴上端有调整螺母，旋转调整螺帽，破碎锥即可下降或上升，使排料口随之变大或变小，超载时，靠切断传动皮带轮上的保险销以实现保险； 第二种是采用液压方式的液压旋回破碎机，其主轴座落在液压缸内的柱塞上，改变柱塞下的液压油体积就可以改变破碎锥的上下位置，从而改变排料口的大小。超载时，主轴向下的压力增大，迫使柱塞下的液压油进入液压传动系统中的蓄能器，使破碎锥随之下降以增大排料口，排出随物料进入破碎腔的非破碎物(铁器、木块等)以实现保险。（4）圆锥破碎机 圆锥破碎机的工作原理与旋回破碎机相同，但仅适用于中碎或细碎作业的破碎机械。中、细碎作业的排料粒度的均匀性一般比粗碎作业要求的高，因此，在破碎腔的下部须设置一段平行区，同时，还须加快破碎锥的旋回速度，以便物料在平行区内受到一次以上的挤压。 中细碎作业的破碎比较粗碎作业的大，故其破碎后的松散体积就有较大的增加。为防止破碎腔可能因此引起阻塞，在不增大排料口以保证所需的排料粒度的前提下，必须通过增大破碎锥下部的直径来增大总的排料截面。圆锥破碎机的排料口较小，混入给料中的非破碎物更易导致事故，且因中、细碎作业对排料粒度要求严格，必须在衬板磨损后及时调整排料口，因而圆锥破碎机的保险和调整装置较之粗碎作业更为必要。 西蒙式弹簧保险圆锥破碎机超载时，锥形壳体迫使弹簧压缩而使其自身升高，以便增大排料口，排出非破碎物。排料口的调整靠调整套来进行，转动固装着壳体的调整套即可借助其外圆上的螺纹来带动壳体上升或下降，以改变排料口的大小。液压圆锥破碎机的保险和调整方式与液压旋回破碎机的相同。（5）辊式破碎机 是利用辊面的摩擦力将物料咬入破碎区，使之承受挤压或劈裂而破碎的机械。当用于粗碎或需要增大破碎比时，常在辊面上做出牙齿或沟槽以增大劈裂作用。辊式破碎机通常按辊子的数量分为单辊、双辊和多辊破碎机，适于粗碎、中碎或细碎煤炭、石灰石、水泥熟料和长石等中硬以下的物料。（6）锤式破碎机 是利用锤头的高速冲击作用 ，对物料进行中碎和细碎作业的破碎机械。锤头铰接于高速旋转的转子上，机体下部设有篦条以控制排料粒度。送入破碎机的物料首先受到高速运动的锤头的冲击而初次破碎，并同时获得动能，高速飞向机壳内壁上的破碎板而再次受到破碎。小于篦条缝隙的物料被排出机外，大于篦条缝隙的料块在篦条上再次受到锤头的冲击和研磨，直至小于篦条缝隙后被排出。 锤式破碎机具有破碎比大、排料粒度均匀、过破碎物少、能耗低等优点。但由于锤头磨损较快，在硬物料破碎的应用上受到了限制；另外由于篦条怕堵塞，不宜于用它破碎湿度大和含粘土的物料。这种破碎机通常用来破碎石灰石、页岩、煤炭、石膏、白垩等中硬以下的脆性物料。 将锤式破碎机的锤头换为钢环的环式碎煤机，是锤式破碎机的变型。它利用高速冲击和低速碾压的综合作用来破碎物料，因而可获得更细的产品，主要用来为发电厂破碎煤炭，但也可用于石膏、盐化工原料和一些中硬物料的破碎。 （7）立轴冲击式破碎机（制砂机）本产品适用于软或中硬和极硬物料的破碎、整形，广泛应用于各种矿石、水泥、耐火材料、铝凡土熟料、金刚砂、玻璃原料、机制建筑砂、石料以及各种冶金矿渣，特别对碳化硅、金刚砂、烧结铝矾土、美砂等高硬、特硬及耐磨蚀性物料比其它类型的破碎机产量功效更高。 立轴冲击式破碎机（制砂机）工作原理：物料由机器上部垂直落入高速旋转的叶轮内，在高速离心力的作用下，与另一部分以伞状形式分流在叶轮四周的物料产生高速撞击与破碎，物料在互相撞击后，又会在叶轮和机壳之间以物料形成涡流多次的互相撞击、摩擦而破碎，从下部直通排出，形成闭路多次循环，由筛分设备控制达到所要求的成品粒度。2.3破碎理论破碎理论主要是研究物料的破碎机理以及在破碎过程中的能量消耗问题。破碎过程是极其复杂的，破碎过程的能量消耗与很多因素有关，如物料的物理机械性质、所采用的破碎方法、在破碎瞬间各物料之间所处的相互位置、物料的几何形状、粒度大小及分布规律、物料的湿度及粘度等等。不同学者从不同角度进行了研究，公认比较有价值的破碎理论有以下三种假说。（1）表面积假说这是雷廷智（rittinger）于1867年提出来的，又称雷廷智假说。表面积假说认为：破碎物料所消耗的能量与破碎过程中新增加的表面积成正比。这一假说的物理基础是认为组成任何纯粹脆性的晶体物质质点之间，具有恒定的分子吸引力。因此，破碎所消耗的能量与用来拆开分子间的引力、产生新的表面积所需要的能量有一定关系。按照上述假说所推导得出的单位产品能量消耗的普遍式如下： 式中 w-破碎单位物料的破碎功，j/kg; c与物料性质、形状、密度有关的系数； -破碎后产品的调和平均直径，m;-破碎前物料的调和平均直径，m。由于=i,所以上式又可写成： 式中 i粉碎比。 由式可知，当被破碎物料的调和平均直径一定时，破碎功与i-1之值成正比；若被破碎物料的调和平均直径不同而破碎比相同时，则破碎功与被破碎物料的调和平均直径成反比。实践也证明，当粉碎比一定时，被破碎物料的粒径越小，破碎所消耗的能量越大。表面积假说主要是从破碎物料新生成表面积的多少来推导能量消耗量的，它忽略了被破碎物料的内部结构及物理机械性质，因此它对于破碎比大、新生表面积多的物料的粉磨过程比较适用。（2）体积假说这是基克（kick）于1885年提出来的，又称基克假说。体积假说认为：在相同技术条件下，将几何形状相似的同类物料破碎成几何形状也相似的产品时，破碎消耗的能量与被破碎物料的体积或质量成正比。根据物体受外力而引起变形的结果来看，当物体受外力后必然在内部引起应力。随着外力的增加，物体的应力及变形亦随之增大，当应力达到物料的强度极限时，则外力稍微增加即可使物料破坏。对于脆性岩石而言，物体所受外力与形变符合直线关系。体积假说的普遍式如下： 式中 a破碎体积为v的物料所需的能量，j； -物料变形时所产生的应力，pa； v形变物料的体积，； e物体弹性模量，pa。根据破碎功与被破碎物料质量成比例的关系，又可推导出另一表达式： 式中 w物料的破碎功，j/kg； -破碎前物料的几何平均直径，m；-破碎后产品的几何平均直径，m；k与物料性质、强度等有关的系数。体积假说只是考虑物料变形所消耗的能量，它只能近似地计算粗碎和中碎时能量能耗。应当指出的是：前述的那两个假说的出发点是不同的，而且是把破碎的物料放在“理想”条件下研究的，忽略了很多相关的因素。因此，只靠理论计算来确定粉碎功是不可靠的，必须广泛的利用一些实验资料。（3）裂纹理论这是邦德（f.c.bood）于1952年提出来的，又称邦德理论。邦德理论的内容是：粉碎物料所消耗的能量与新产生的颗粒直径或边长的平方根成反比。其基本公式如下：式中 w粉碎单位物料所需的功，kwh/t； -粉碎前物料尺寸，用80%通过筛孔的孔径表示，mm；-粉碎后产品尺寸，用80%通过筛孔的孔径表示，mm；-邦德工作指数。邦德工作指数表示1t物料从理论上无限大的粒度粉磨到80%通过100m方孔筛所需的kwh数。因此，用上式计算粉磨消耗时，应进行单位换算，乘以1.103。表面积假说的出发点只考虑生成新面积的多少，而对其他条件完全忽略。体积假说只是考虑物料变形所消耗的能量，而完全没有考虑生成新表面积。表面积假说和体积假说，都只能适用于一定范围。在破碎和粉磨的中间情况时，两者都不能给出准确的结果。裂纹理论是介于二者之间，能在比较广泛的粒度范围内适用，既适用破碎作业，也适用于粉磨作业。邦德工作指数值是通过试验得出来的，因此它更切合实际地解释了物料破坏的实质，而且与实际结果也比较符合。 3.熟料破碎机3.1熟料破碎机的功能熟料破碎机用于破碎各种中硬且磨蚀性弱的物料。其物料的抗压强度不超过100mpa，含水率小于15%。被破碎物料为水泥熟料、煤、盐、白垩、石膏、砖瓦、石灰石等。还用于破碎纤维结构、弹性和韧性较强的碎木头、纸张或破碎石棉水泥的废料以回收石棉纤维等等。3.2熟料破碎机的组成和原理熟料破碎机属于锤式破碎机中的一种。熟料破碎机不仅可用于破碎生产线，也可在选矿生产线中替代圆锥式破碎机。熟料破碎机的主要工作部件为带有锤子（又称锤头）的转子。转子由主轴、锤盘、锤轴和锤头组成。电动机带动转子在破碎腔内高速旋转。物料自上部给料口给入机内，受高速运动的锤子的打击、冲击、剪切、研磨作用而破碎。在转子下部，设有筛板、破碎物料中小于筛孔尺寸的粒级通过筛板排出，大于筛孔尺寸的粗粒级阻留在筛板上继续受到锤子的打击和研磨，最后通过筛板排出机外。图3.1锤式破碎机结构简图1.进料口 2.锤头 3.蓖条 4.出料口3.3熟料破碎机的优点(1) 结构新颖、独特、运转平稳。(2) 能量消耗小、生产能力高、破碎比大（一般为10-25，高者达50）。(3) 设备体积小，操作简便、安装和维修方便。(4) 具有整形功能、产品呈立方状，堆积密度大。(5) 生产过程中，石料能形成保护底层，机身无磨损，经久耐用。(6) 少量易磨损件用特硬耐磨材质制成，体积小、重量轻、便于更换配件。3.4破碎过程分析熟料破碎机机的概述：熟料破碎机是利用高速旋转的锤头冲击物料，使其沿物料的自然裂隙、层理面和节理面等脆弱部分而破碎的破碎机械。熟料破碎机按其破碎作用的方式可以分为两类：一类是高速机械式破碎机，依靠高速旋转的工件（棒或锤等）冲击或打击颗粒，使其破碎，第二类是气流磨，利用高速气流或过热蒸汽使颗粒加速、相互冲击、碰撞或与器壁冲击碰撞而被破碎设两个质量分别为、的颗粒，碰撞前后的速度分别为、和、根据力学原理有：= -式中： p-冲击力。由上面两式可得：在碰撞时，碰撞的颗粒因受到压缩的作用要产生变形。对于理想的弹性体，它们最初变形是不损失能量；对于理想的刚性体，则要损失能量。对于脆性物料（大多数矿物是脆性物料），可以说碰撞的能量几乎都损失了，这一能量损失正是颗粒破碎的原因。如果碰撞的能量超过了破碎的能量，颗粒将被破碎。碰撞中的能量或者破碎能可以通过以下公式来计算，设计冲击碰撞后，两个颗粒具有相同的速度u，则有：碰撞后，两颗粒的动能为：碰撞前的动能为：能量损失，即破碎能为：这里，旋转叶轮的质量相对于颗粒可视为无限大（=），且被破碎颗粒的冲击前的速度相对于高速旋转叶轮来说可视为0（即=0）,则如前所述，颗粒的相对速度决定破碎能，矿物破碎的速度可通过下式来计算：式中： e-杨氏模量； -破碎或破碎强度； -颗粒的密度； m-颗粒的质量。 由上式得： 引进材料中声速的通用公式，得到： 由上式说明，能够导致颗粒破碎的冲击速度似乎与颗粒的大小无关。但是，实际情况是，颗粒的强度随颗粒粒度的减小而增大，因此粒度减小后，颗粒中的缺陷减少，这一点在破碎中尤为重要。通过以上分析可知在破碎过程中，随着破碎进程的深入，破碎粒度缺陷的减小，单位物料的破碎能耗在不断增加。因此分级破碎不仅合理利用了破碎空间，而且由于转子不同的线速度还可加速破碎效率。4 基本结构尺寸的确定4.1熟料破碎机的总体设计4.1.1选择电动机（1）电动机功率的确定功率的计算主要根据破碎能耗类比计算得来的。破碎物料时，破碎工具对颗粒物料施力，当作用力超过颗粒之间的结合力时，导致破碎。外力做的功称为破碎能耗。外力做的功主要消耗于以下几方面： 破碎机械传动中的能耗； 颗粒在破碎发生之前的变形能； 破碎产品新增表面积的表面能； 颗粒表面结构发生变化所消耗的能，如错位产生表面活性点，表面形成无定性层或氧化物层； 晶体结构变化所消耗的能； 磨矿介质之间的摩擦、振动及其它能耗。根据本设计的要求，利用表面积假说，破碎重量的能耗为： (4.1)=3.6210()10=3.5409610(j)式中： k-物料的破碎能耗；以325号水泥为例，属于中硬物料，k0取3.62105j/kg;所以破碎功率可以近似计算，由公式：w=得 (4.2) w=98.36（kw）同时，根据相似的锤式破碎机的功率计算式为： (4.3)式中：系数，对于大型破碎机=0.150.20,中型破碎机取=0.15,小型破碎机取=0.10。-转子直径（m）；-转子长度（m）；-转子转速（r/min）。（kw）查阅同类已经生产的产品，其功率一般取110kw,故取电动机的功率为110kw。（2）根据破碎机的特点和工作环境，选取yr315l2-8(ip44)型三相异步电动机额定功率：110kw 满载转速：115r/min 堵转转矩：2.2nm最大转矩：2.38nm 质量：1210kgyr系列（ip 44）三相封闭式绕线转子异步电动机的特点及应用：具有起动转矩高、启动电流小的优点，由于其结构型式为封闭式，因此可以在尘土飞扬、水土飞溅的环境中使用，在比较潮湿及有轻微腐蚀性气体的环境中也较防护性为佳。非常适用于冶金矿山、水泥生产设备。4.1.2 确定传动方案根据熟料破碎机的功能要求，和以往的设计经验，传动方式选择带传动。图4-1为熟料破碎机带传动的机构简图。图4-1 熟料破碎机带传动机构简图带传动的优缺点：1）适合于中心距较大的传动；2）能缓和载荷冲击；运行平稳，无噪声；3）过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件的损坏；（具有过载保护作用）；4）结构简单，成本低廉；5）传动外廓尺寸较大；6）需要张紧装置；7）传动效率较低；8）不能保持准确的传动比；9）带的寿命较短。4.2转子转速的理论值图4.2 转 子转子的结构参数主要有转子直径d和长度l。其直径一般根据物料的尺寸来确定。通常转子直径与给料块尺寸之比为1.25。大型破碎机取较小的比值。转子的长度值视破碎机的生产能力而定。一般取转子直径与长度之比dl=0.72，物料抗，物料抗冲击力较大时应选取较大的比值。熟料破碎机的规格也用d/l确定。转子的转速是破碎机的重要工作参数，影响破碎机的破碎效率和生产能力。转子的速度n= (4.4)式中 v 转子的圆周速度，m/s。转子的圆周速可以根据待破碎物料的性质，按式(4.5)计算 (4.5)式中 g 重力加速度，m/s2；y 物料密度，取y=2.66x103 kg/m；物料的抗压强度，取 =pa；e 物料的弹性模量，e=pa。由于式(4.5)没有反映出破碎比和锤头质量这2个因素，所以按上式计算的转子圆周速度只能作为选取时参考。目前锤式破碎机的转子圆周速度为1870m/s。一般中小型破碎机的转速为7501 500 r/min；圆周速度为2570 m/s；大型破碎机的转速为200350 r/min；转子的圆周速度为1825 m/s。速度愈高，破碎产生的粒度愈小，锤头及衬板、蓖条的磨损越大，功率消耗也随之增加。从设备制造角度来看，高转速对机器零部件的加工、安装精度要求也随之增高，而且锤头磨损与转子圆周速度成正比，所以在满足产品粒度要求的情况下，转子圆周速度应选取偏低值。转子速度直接影响着物料破碎效果，在设计过程中要充分考虑物料性质、破碎形式等方面的影响，参考已有设计经验，在保证高效、低能耗要求的前提下，综合以上因素主轴转子的转速设计为294r/min。4.3设计破碎转子的直径与长度破碎转子的圆周速度对破碎机的生产能力，产品细度，破碎比的大小起着绝对性的作用。实践证明，随着转子圆周速度的提高，生产能力和破碎比都显著提高，产品粒度也向着细化的方向发展，其中，进料块度大的细度变化显著。但随着转子的速度的增大，功率消耗也增加，破碎块的磨损也增加。在熟料破碎时，一般圆周速度为1530m/s，由此，可取破碎转子即破碎盘的圆周线速度为15m/s。 由= (4.6) =15m/s时 =974.91mm =30m/s时 =1949.82mm由此可知：破碎盘的直径范围为974.91mm1949.82mm因此，根据设计尺寸需要取破碎转子直径为1030mm。圆周速度（即锤缘线速度）取16m/s，符合熟料破碎机的设计要求和尺寸要求。4.4料口尺寸的设计根据需要破碎的熟料尺寸和熟料破碎机的工作能力而定，进料口装配上法兰，由于本台熟料破碎机为水泥生产线上的其中一台设备，因此生产线中的熟料破碎机的上台设备和熟料破碎机中有管道和熟料破碎机的接口处的法兰连接。其尺寸为4935mmx2424mm。5 熟料破碎机工作部分零件设计5.1破碎锤头的设计5.1.1锤头作用和常用形式锤头是锤式破碎机的主要工作零件。锤头的质量、形状和材质对破碎机的生产能力有很大影响。锤头动能的大小与锤头质量成正比，动能越大，即锤头质量越大，破碎效率愈高，能耗也愈大。锤头的常用形式如图5.1所示图5.1锤头形式图中的(a)、(b)、(c)是轻型锤头，质量通常为3.515kg，多用来破碎粒度为100200mm的软质和中等硬度物料，其中（a）、（b）两种两端带空，磨损后可以调换使用4次，而(c)只能调换使用2次。图中的(d)为中型锤头，质量为3060kg，用来破碎800-1000mm的中等硬度物料。图中的(e)和(f)是重型锤头，质量为50120kg，主要用来破碎大块坚硬物料。本型号的锤式破碎机主要是设计中型的锤头。5.1.2破碎锤头的确定图5.2 锤 头由于锤式破碎机的锤头是通过铰接悬挂在锤盘上，所以正确地选择锤头对破碎效率和能量消耗都有很大作用。如果锤头质量选得过小，则可能满足不了锤击一次就将物料破碎的要求。若是选得过大，则无用功率消耗过大。因此，锤头质量一定要满足锤击一次使物料破碎，并使无用功率消耗达到最小值，同时还必须不使锤头过度向后偏倒。锤头重量也是延长锤头使用寿命， 减少金属耗量的主要参数之一。锤头重量选择合适，锤头一次就能把物料击碎，若选择不当，则事倍功半。锤头重量的选择应根据锤头的形状及锤式破碎机的生产能力。根据动量守恒原理，锤头打击物料后，必然会产生速度损失。如果锤头打击料块后，其速度损失过大，就会使锤头绕本身的悬挂轴向后偏倒，这时锤头由于速度减小而使动能减小，在下一次与物料相遇时，它会很快通过而破碎不了物料，因而会降低破碎机的生产能力和增加无用的功耗。为了使锤头打击物料后产生的偏倒，能够由于离心力的作用在下次破碎物料前很快恢复到正常工作位置，就要求锤头打击物料后的速度损失不宜过大。根据实践经验，锤头打击物料的允许速度损失为40%60%即v2=（0.60.4）v1 (5.1)式中 v1锤头打击物料前的圆周线速度，m/s； v2锤头打击物料后的圆周线速度，m/s。转子的直径愈大，允许速度损失就愈大，反之取偏小值。若锤头物料式塑性碰撞，且设物料碰撞前的速度为零，则根据碰撞理论动量相等的原理可得mv1=mv2+qv2 v2=v1 (5.2)式中m锤头折算到打击中心处的质量，kg； q最大物料块的质量，kg。将式(5.1)代人(5.2)中，得 m=（0.71.5）q (5.3)m仅仅式锤头的打击质量，锤头实际质量m0应根据打击质量的转动惯性和锤头质量的转动惯性相等的条件进行质量代换m0=m（r/r0）2 (5.4)式中r锤头打击中心到悬挂点的距离，m； r0锤头的重心到悬挂点的距离，m。从式（5.4）可以看出，锤头质量只与打击物料的质量有关，实际上还与物料的性质、受力情况和转子速度有关。根据动量定理m（v1-v2）=ft (5.5)式中f锤头作用在物料上的打击力，n； t锤头打击物料的时间，一般取t=0.0010.0015s。物料一般是脆性的，当其受力达到强度极限时就开始破坏，即物料所受外力超过它本身的内聚力就会破坏。在材料试验机上破环物料的力f1 =a (5.6) =1560kn式中物料的抗压强度,pa； a物料垂直于外力方向的断面积，m2。在实际破碎过程中，大多数物料是各向异性，且物料形状不规则，锤头打击过程又不可能是面接触，故破坏物料所需的力f=f1 (5.7)f=(0.21-0.28)=374.4kn把式(5.6) (5.7) 代入(5.5)中，得m（v1-v2）=at如果允许锤头在打击物料的过程中速度损失40%60%，则m= (5.8)式中 修正系数，=0.210.28。取=0.24，=3.9x107，t=0.0012。设物料形状为立方体，其边长a1=0.2m，则 m=46.8kg (5.9)则锤头实际质量 m0=m（r/r0）2=56kg (5.10)熟料破碎机的破碎盘上固连破碎锤盘和锤头数目，主要根据进料尺寸和产品粒度来确定。当破碎大块物料时，破碎块数目要少一些。当破碎小块物料时，破碎块数目要多一些。在满足破碎功能的情况下，锤头的排数越少越好，能选三排的不要选四排，因为前者数量比后者少25%，从而降低金属消耗量和生产费用。因此，根据本台熟料破碎机的整体尺寸破碎锤头的数目定为30个，排数为四排。5.1.3锤头失效分析锤头在工作期间，除受到撞击外，还受到物料的冲刷，这样长期反复使用,锤头的工作面就会受到破坏，使表面形状发生变化，如果用在可逆式破碎机上，锤头两侧的棱角就都会被磨成光滑的圆弧面，如图5.3所示。锤头在工作初期表面形状未发生改变时，锤头主要受到撞击磨损，物料以正向力撞击金属表面产生塑性变形和撞击坑。当锤头的工作面磨成圆弧后，此时其表面受力发生了变化，原来锤头锤面受力f，现在作用在磨损面上的力f可分解为2个分力，一个是垂直于锤面的法向力=fsina，一个是平行于锤面的切向力=fcosa。前者对锤头产生撞击作用，后者对锤面造成切削、冲刷。二者的大小取决于冲击角a。在锤头工作初期，冲击角a=，这时主要表现为撞击磨损，当锤头磨损后，a角变小，变大，这就使金属从锤面上迁移，表现为冲刷磨损。此类磨损是锤头失效的主要形式。尽管物料的撞击可产生一定量的加工硬化，但冲击力还不足以使锤头的工作面形成坚固的硬化层，造成锤头的耐磨性不够，最终使得锤头在工作初期失效。因此提高锤头的硬度，可提高其耐磨性，从而减轻撞击磨损；提高材料的韧性有助抑制裂纹的产生和扩展，有利于减轻冲刷磨损。因此，选择合适的材料是提高锤头寿命的基本途径。图5.3 锤头磨损前后对比情况图5.1.4锤头材料的选择锤头是参与破碎的最直接部件，它的主要质量指标是耐磨性。良好的耐磨性不仅大大提高了锤头的利用率，减少了维修次数，而且提高熟料破碎机的破碎效果。耐磨合金钢往往能达到这种效果。因此可采用zgmn13a，两个锤盘上用锤钉联接固联锤头，这样可以达到方便装卸的目的。材料说明：高锰钢是指含碳量为0.9%1.3%，含锰量为11.0%14.0%的铸钢，即zgmn13。锰钢主要用于需要承受冲击、挤压、物料磨损等恶劣工况条件，破坏形式以磨损消耗为主，部分断裂、变形。磨损分为三种：金属构件表面间相互接触并运动的摩擦磨损；其它金属或非金属物料打击金属表面的磨料磨损和流动气体或液体与金属接触导致的冲蚀磨损。耐磨钢的耐磨性能取决于材料本身，而抗磨钢则在不同的工况条件下表现出不同的耐磨性，材料本身和工况条件两者才能决定其耐磨性能。铸造耐磨钢和抗磨钢以奥氏体锰钢为主，在一定的条件下经适当热处理的低合金钢也有很好的效果，石墨钢则用于润滑摩擦的工况条件。耐磨高锰钢特别适用于冲击磨料磨损和高应力碾碎磨料磨损工况，常用于制造球磨机衬板，锤式破碎机锤头，颚式破碎机颚板，圆锥破碎机轧臼壁、破碎壁，挖掘机斗齿、斗壁，铁道道岔，拖拉机和坦克的履带板等抗冲击、抗磨损的铸件。高锰钢还用于防弹钢板，保险箱钢板等。高锰钢是典型的抗磨钢，铸态组织为奥氏体加碳化物。经1000左右水淬处理后组织转变为单一的奥氏体或奥氏体加少量碳化物，韧性反而提高，因此称水韧处理。高锰钢最重要的特点是在强烈的冲击、挤压条件下，表层迅速发生加工硬化现象，使其在心部仍保持奥氏体良好的韧性和塑性的同时硬化层具有良好的耐磨性能。这是其它材料所不及的。但高锰钢的耐磨性只是在具备足以形成加工硬化的条件下才表现出其优越性，其他情况下则很差。此材料在10001100之间为单一奥氏体组织，为保持此组织，需高温淬火，即在11001050间的温度内立即水淬至常温。高锰钢作为典型的抗磨钢，是破碎机中破碎配件的极好材料。5.2衬板的设计由于衬板参与物料的破碎，物料冲击对衬板的磨损作用很大，所以衬板必须由很好的耐磨、耐冲击性，并且不定期就要进行更换，便于更换安装也是设计过程中应考虑的问题之一。本设计中此处用螺栓连接，以方便其更换安装。衬板的制造的技术要求：1) 不得有气孔夹渣等铸造缺陷；2) 零件如有变形，与壳体接触平面需打磨找平；3) 铸造后需水韧处理hb179229。安装技术要求：1) 衬板底面与壳体内表面应均匀接触；2) 各接触面应保持清洁；3) 用沉头带榫螺栓连接；4) 生产过程中要注意检查衬板的磨损状况及检查连接螺栓是否有松动。在该壳体结构中有三种类型的衬板，各衬板的规格及数量见表5.1，衬板形状见图5.4。表5.1 衬板参数序号规格材料重量()数量备注衬板(一)350660zgmn1361.732铸造后需水韧处理hb179229衬板(二)300660zgmn1354.1613衬板(三)460480zgmn1357.220 a) 衬板（一）b) 衬板（二）c) 衬板（三）图5.4 衬板衬板的材料选用高锰钢（zgmn13），密度为7.9kg/m3。衬板设计为长方形，使其沿筒体内壁铺放，分为上下两层，两层之间用压条压嵌。上层设置20块，下层设置中间13块，两边2块，共35块。上箱体箱破碎腔面积：4935x775mm衬板的长宽高：h=40 mm l=660 mm b=350 mm每片衬板的体积： =40350660=0.009m3所以，每片衬板的质量为： =7.91030.009=61.1kg下箱体破碎腔面积：4935775mm这样每片的质量二个工人可搬运安装，符合实际要求。将衬板安装在壳体的内部（具体的安装位置见下壳体零件图或壳体装配图）。衬板一方面起到保护壳体的作用，另一方面它承受被粉碎块击出的物料颗粒的冲击作用，对物料进行反击破碎。并且还可将物料重新弹回破碎区，使其再次被破碎，直至达到要求被分离出来。5.3壳体一台机器的总重量当中，机座和箱体等零部件的重量占很大的比例。同时在很大程度上影响着机器的工作精度以及抗振性能。壳体作为破碎机的主体部分，要求其有良好的机械性能，并能减震。壳体内壁安装有衬板，衬板用来承受物料对壳体的冲击，同时反过来起到破碎物料的作用。壳体设计为上壳体与下壳体，两部分分开来做，一方面减轻单个零部件的重量，另一方面，便于机器的组装和维护。同时壳体上开有两个观察口，便于观察机械内部状况。壳体的主要加工工艺为焊接，由不同厚度的钢板焊接而成。（1）壳体壳体的结构形式如图5.5所示。 图5.5 壳体（2）上壳体作为覆盖件，本设计中又将上壳体分为三部分。上壳体（一）与上壳体（三）的结构大致相同，布置在两边，与布置于中间的上壳体（二）共同组成破碎机的上壳体。上壳体三部分都是由=20的钢板通过焊接连接在一起，其中提手部分为=25的圆钢，上壳体的材料为q235-a钢。三部分结构如图5.6、5.7、5.8所示。图5.6 上壳体（一）图5.7 上壳体（二）图5.8 上壳体（三）（3）下壳体下壳体基本上也是由不同厚度的q235-a钢板焊接而成。该破碎机的机座，属于大型机座的制造，采用整体铸造方法不合理。 图5.9 下壳体6 其它零件的选用及其基本结构尺寸的确定6.1主轴组成图6.1 主 轴主轴安装在固定轴承底座和活动轴承底座上，用来传递电动机由v带传来的动力及支撑锤盘和锤头的旋转运动。主轴组成由轴承座、主轴、轴承等组成上面装配锤盘。在